آنزیم لاکاز

آنزیم لاکاز

یکی از ترکیبات عمده زیست توده، لیگنوسلولز می­باشد که تقریباً نیمی از مواد حاصل از فرآیند فتوسنتز را شامل می شود. لیگنوسلولز از سه نوع پلیمر سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده که از لحاظ شیمیایی توسط پیوندهای غیرکووالانسی و اتصالات عرضی کووالانسی به یکدیگر متصل شده­اند. برخی میکروارگانیسم­ها خصوصاً انواع قارچها، سیستمهای آنزیمی خاصی را توسعه داده­اند تا توانایی تخریب لیگنین را به دست آورند. این قارچها را بر اساس شکل پوسیدگی به سه نوع قارچهای پوسیدگی سفید، پوسیدگی قهوه­ای و پوسیدگی نرم تقسیم می­کنند. واکنشهایی که توسط قارچها، بالاخص قارچهای پوسیدگی سفید برای تأثیر بر لیگنین انجام می­دهند، غالباً توسط مجموعه­ای از آنزیمهای پراکسید از خارج سلولی تحت عنوان لیگنیناز انجام می­گیرد که شامل لاکاز (Lac:EC 1.10.3.2)، لیگنین­پراکسیداز (Lip:EC 1.11.1.14)، منگنزپراکسیداز(Mnp:EC1.11.1.13) و … می­باشند. از بین آنزیمهای لیگنولیتیک، فنل­اکسیدازها با نام لاکاز و پراکسیدازها مانند لیگنین­پراکسیداز و منگنزپراکسیداز نقش اساسی در تجزیه لیگنین دارند. لاکاز (بنزودیول: اکسیژن اکسیدوردکتاز (EC:1.10.3.2) گروهی از آنزیمها هستند که اکسیدازهای مس آبی نامیده می­شوند. لاکاز از اکسیژن به عنوان پذیرنده الکترون استفاده کرده و کوینون تولید می­کند و به این دلیل جزء خانواده فنل اکسیداز می­باشد. این آنزیم طیف وسیعی از سوبستراهای آلی شامل مونو، دی و پلی­فنل­ها، آمینهای آروماتیک، اسیدهای کربوکسیلیک و نیز سوبستراهای غیرفنلی و غیرآلی را اکسید می­کند. البته تمایل آن به اکسیدکردن پارا دی­فنول بیشتر است. این آنزیم به علت قدرت اکسیدکنندگی ترکیبات فنلی و غیرفنلی ترکیبات لیگنین می­تواند ترکیبات مشابه که در طبیعت بسیار سخت تجزیه­پذیر هستند را نیز تجزیه و در حذف آلاینده­ها نقش داشته باشد. لاکاز درطبیعت به طور وسیع پراکنده می باشد به طوری که در بسیاری از گیاهان آلی، قارچها، باکتریها و حتی در بعضی از حشرات دیده شده است. لاکازها درانواع قارچها از جمله آسکومیست­ها، دترومیست­ها و به ویژه در تعدادی از بازدیومیست­ها تحت عنوان قارچهای پوسیدگی سفید به وفور یافت می گردد. از تولیدکنندگان لاکاز از قارچهای آسکومیکوتا می­توان به قارچهای Gaeumannomyces graminis Melanocarps albomyces, Monocillium ,Neurospora crassa, Podospora anserina , Aspergillus, Curvularia   و Penicillium اشاره کرد. با توجه به اهمیتی که آنزیم لاکاز در بیوتکنولوژی و کاربردهای فراوان آن در صنعت دارد. تحقیقات بسیار گسترده­ایی در حال حاضر در سراسر دنیا برای جداسازی انواع میکروارگانیسم­های تولید کننده خوب این آنزیم و استفاده از آنها در صنعت انجام می­شود. در ایران نیز صفری و همکاران (2006) بررسی مقایسه­ایی در رابطه با تولید لاکاز خارج سلولی تحت شرایط مختلف داشتند، در این مطالعه تولید لاکاز از انواع قارچهای بازدیومیست و دترومیست در شرایط مختلف محیط کشت بررسی گردیده است، اما تاکنون هیچ تحقیقی مبنی بر جداسازی قارچهای مولد لاکاز از ایران وجود نداشته است. لذا این پژوهش در راستای جداسازی قارچهای مولد لاکاز از زیست بوم ایران و تعیین بهترین سویه تولید کننده آن انجام شد. همچنین در این تحقیق اثر هوادهی بر میزان تولید لاکاز از جدایه های برتر مورد بررسی قرار گرفت.

لاکاز در صنعت نساجی

لاکاز از برگشت رنگ بر روی پارچه ی رنگرزی یا چاپ شده در شستشو جلوگیری می کند. رنگزاهای خارج شده در شستشو را لاکاز با سرعت بی رنگ می کند و این باعث کاهش زمان فرآیند، انرژی و آب برای رسیدن به نتیجه مطلوب می شود.

لاکاز در پروسه های شست دنیم

این آنزیم را می توان جایگزین سایر اکسیدکننده های متداول (مثل: هیپوکلریت سدیم) کرد و لاکاز توانایی رنگبری ایندیگو را دارد و می توان افکت های بسیار متنوعی را با آن به دست آورد. لاکاز به تنهایی توانایی رنگبری ایندیگو را ندارد. وقتی با یک کمپوند واسطه ی مناسب ترکیب می شود قابلیت رنگبری سریع را پیدا می کند. عمل اکسیداسیون با انتقال یک الکترون از دهنده ی آن به ماده ی پذیرنده انجام می شود. در اینجا الکترون توسط آنزیم و ماده ی کمپوند واسطه از ایندیگو به اکسیژن منتقل می شود. ماده ی واسطه یک کمپوند آلی با وزن مولکولی پایین است. پیوند بین دو گروه کربونیل در ایندیگو شکسته می شود و کروموفر رنگزا تخریب می شود. در نتیجه ایندیگو اکسید می شود و رنگ قرمزی از ترکیب نیل با اکسیژن حاصل می شود. لاکاز قابلیت اکسید کردن رنگزای گوگردی مشکی که عمدتا بر روی دنیم به کار برده می شود را ندارد. واکنش لاکاز وقتی متوقف می شود که ماده واسطه ی فعال تمام می شود. بنابراین میزان رنگبری را می توان به درستی با انتخاب دقیق مقدار لاکاز مصرفی و زمان کنترل کرد. در این روش مشکلات زیست محیطی نسبت به عمل کردن با هیپوکلریت سدیم کمتر می باشد. مزایای این روش: حداقل میزان کاهش استحکام، کاهش زمان، تکرارپذیری چون کنترل پروسه راحت تر می باشد، کاهش آب مصرفی و نسبت به سایر روش های رنگبری امن تر می باشد. محصول تجاری اولیه در سال 1996 تولید شد که به صورت یک دوغاب مایع بوده است. این محصول عملکرد خوبی داشت اما وقتی خصوصیات آن بررسی شد آن ایده ال نبود. یک لاکاز جامد فرموله بندی شده به صورت تجاری از سال 1999 برای دنیم در بازار موجود است. جدیدترین محصول تجاری شامل یک آنزیم لاکاز، ماده ی واسطه، بافر و اجزای خرد شده می باشد. امروزه فرمول لاکاز بر اساس نیازهای مختلف تهیه می شود و برای پروسه های شست گارمنت مورد استفاده قرار می گیرد.

Laccase:Properties and applications

 Vernekar Madhavi  and  S.S.Lele